CN111405520B - 两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，包括如下步骤：步骤1，构建两跳接入和终端直通的网络拓扑；步骤2，在两跳接入和终端直通的网络拓扑中，按照业务需求的不同，设置寻址机制；步骤3，为两跳接入和终端直通的网络拓扑设计时帧结构；步骤4，基于设计的时帧结构，进行节点入网及控制时隙分配；步骤5，节点入网并分配控制时隙后，按照通信业务进行时隙调度。本发明的方法可以在确保时延敏感业务时效性的同时，降低资源开销，实现系统吞吐量的最大化。

Description

两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法

技术领域

本发明涉及有人/无人编队协同作战应用的组网技术领域，尤其是一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法。

背景技术

有人/无人机编队协同作战，一般采取一架有人机指挥和控制一定数量无人机的模式，协同执行侦察、监视、搜索、干扰、打击等任务。编队成员之间传递的信息主要包括有人机与无人机之间交互的侦察、跟踪、态势、控制等汇聚/分发类业务，以及有人/无人机与其邻居交互的飞行协同信息等分布式业务，其中飞行协同信息主要用于安全防相撞，对时延非常敏感。

传统的无线战术网络多采用接入式组网方式和自组织组网方式，其中接入式组网方式的网络维护开销小，资源利用率高，资源分配无冲突，但接入节点之间的信息交互需通过中心节点中转，适用于跳数较少、汇聚性业务和分发性业务占比偏大的网络应用场景；自组织组网方式的拓扑变化适应性强，能够快速为任意两节点寻找最优的传输路径，时延小，但网络维护开销大，资源分配时可能发生冲突，适用于跳数多、分布式业务占比偏大的网络应用场景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，以在确保时延敏感业务时效性的同时，降低资源开销，实现系统吞吐量的最大化。

本发明采用的技术方案如下：

一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，包括如下步骤：

步骤1，构建两跳接入和终端直通的网络拓扑；

步骤2，在两跳接入和终端直通的网络拓扑中，按照业务需求的不同，设置寻址机制；

步骤3，为两跳接入和终端直通的网络拓扑设计时帧结构；

步骤4，基于设计的时帧结构，进行节点入网及控制时隙分配；

步骤5，节点入网并分配控制时隙后，按照通信业务进行时隙调度。

进一步，步骤1的方法为：在两跳接入网的拓扑基础上，再为相邻节点开设直通链路，两跳接入网拓扑和相邻节点直通链路共同构成两跳接入和终端直通的网络拓扑；其中，将有人机称为中心节点，将距离有人机一跳通信范围的无人机称为一级接入节点，将距离有人机两跳通信范围的无人机称为二级接入节点；一级接入节点与二级接入节点统称接入节点。

进一步，步骤2中，按照业务需求的不同，设置的所述寻址机制如下：

第一，接入节点与中心节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第二，接入节点与非邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第三，接入节点与邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照直通链路进行寻址；

第四，对于中心节点的全网广播业务，一级接入节点收到后进行转发，二级接入节点收到经过一级接入节点转发的该业务，不再进行转发；

第五，对于接入节点的全网广播业务，首先参照第一条原则，将业务信息发至中心节点，再参照第四条原则，由中心节点对该业务进行全网广播。

进一步，步骤3中，所述时帧结构由管理时隙、控制时隙和业务时隙构成；

所述管理时隙由中心节点固定占用，用于响应接入节点入网申请、时隙申请，以及通告控制时隙、业务时隙分配情况；

所述控制时隙由中心节点集中分配，新接入节点申请入网时，为其固定分配一个控制时隙，称为已分配控制时隙，其它未分配的控制时隙称为未分配控制时隙；新接入节点在未分配的控制时隙上，以竞争的方式发送入网请求，中心节点在管理时隙进行响应；未分配控制时隙用于新节点进行入网申请，已分配控制时隙用于控制信息交互；

业务时隙由中心节点集中分配，入网接入节点通过已分配控制时隙向中心节点发送业务时隙申请，中心节点按照业务时隙调度算法进行时隙分配和回收。

进一步，所述管理时隙的数量为1，控制时隙的数量M等于网络最大规模节点数，业务时隙的数量N等于M的3～5倍，设时隙长度为T_slot，则时帧长度T_period＝(1+M+N)·T_slot。

进一步，步骤4中，两跳接入和终端直通的网络拓扑中，一级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.11，中心节点独占式使用管理时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.12，接入节点通过载波侦听、信号检测和信令帧解析，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请；

步骤4.13，中心节点收到接入节点的入网申请后，进行入网响应，赋予其一级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.14，一级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网。

进一步，步骤4中，两跳接入和终端直通的网络拓扑中，二级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.21，一级接入节点独占式使用控制时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.22，在若干个时帧周期内未收到中心节点信令帧的接入节点，通过载波侦听、信号检测和解析一级接入节点信令帧，根据链路信号质量大小从一级接入节点集中选择中继节点，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请，并指示中继节点进行转发；

步骤4.23，一级接入节点在收到来自其它节点的入网申请后，按照要求将其转发至中心节点；

步骤4.24，中心节点收到一级接入节点转发的入网申请后，进行入网响应，赋予其二级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.25，一级接入节点在收到来自中心节点的入网响应后，按照要求将其转发至二级接入节点；

步骤4.26，二级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网。

进一步，步骤5包括如下子步骤：

步骤5.1，计算各节点业务量：

定义load_i,j，指节点i第j类业务的业务量，则有

load_i,j＝load_i,j,1+load_i,j,2+load_i,j,3，i∈[1,M],j∈[1,3]

其中i为节点ID，取值1～M；j为业务类型，取值1～3，分别对应短报文、图像和视频业务，load_i,j,1指应用层提交数据帧的业务量，load_i,j,2指转发其它节点数据帧的业务量，load_i,j,3指重传数据帧的业务量；

步骤5.2，计算业务时隙需求：

设1个业务时隙可以承载的业务量为load_slot，则节点i第j类业务的时隙需求slotReq_i,j为：

其中

指向上取整；

节点i总的业务时隙需求slotReq_i为：

步骤5.3，业务时隙申请：

设节点i已分配业务时隙数量为slotDis_i，当遇到以下情形之一时，节点发送业务时隙请求帧：

情形一：本节点已分配至少1个业务时隙，若释放1个业务时隙，仍能满足所有业务传输需求，即slotDis_i≥slotReq_i+1。

情形二：本节点已分配业务时隙满足不了所有业务传输需求，即slotDis_i＜slotReq_i；

步骤5.4，业务时隙分配：中心节点根据网络拓扑内所有节点的业务时隙请求和当前业务时隙分配情况，进行业务时隙的重新分配。

进一步，步骤5.4中，业务时隙分配遵循以下原则：

原则一：当有节点请求为短报文业务申请时隙但网络未分配业务时隙数量不够时，中心节点回收占用业务时隙最多的节点的时隙，并调度给为短报文业务申请时隙的节点；

原则二：中心节点按照“短报文——>视频——>图像”的顺序分三个轮次为全网节点分配业务时隙，每个轮次采用随机顺序为不同节点分配业务时隙；

原则三：(1)中心节点及时回收已分配业务时隙大于总业务时隙需求的节点的时隙；(2)当网络未分配业务时隙数量不足以保障为视频业务申请业务时隙的节点的时隙需求时，将其分配给为图像业务申请业务时隙的节点。

进一步，设网络未分配业务时隙数量为slotUndis，已分配业务时隙数量为slotDis，在已分配业务时隙基础上中心节点为节点i再分配的业务时隙数量设为Q_i；则步骤5.4中，业务时隙分配按照以下步骤进行：

步骤一：以时帧为单位，中心节点在每时帧结束时，统计本时帧内发起时隙请求的节点及时隙需求；其中，发起时隙请求的节点构成集合A，设全网未发起时隙请求的节点集合为

构建集合B并初始化取值等于A；

步骤二：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于或等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i≥slotDis_i，则为节点i分配slotReq_i个业务时隙，同步更新Q_i＝slotReq_i-slotDis_i和slotUndis＝slotUndis-Q_i，再将节点i从集合B中剔除；

步骤三：遍历集合B，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i,1小于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i,1＜slotDis_i，则将节点i存于集合C；

步骤四：按照随机顺序为集合C中的节点i分配业务时隙，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i,1大于网络未分配业务时隙数量slotUndis，即slotReq_i,1＞slotUndis，则遍历集合

搜索总业务时隙数量最多的节点j，向节点j回收slotReq_i,1-slotDis_i-slotUndis个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；为节点i再分配Q_i＝slotReq_i,1-slotDis_i个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值，再将节点i从集合C中剔除；重复步骤四直至集合C为空，再进入下一步骤；

步骤五：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙Q_i之和，即slotReq_i＝slotDis_i+Q_i，则将节点i从集合B中剔除；

步骤六：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的短报文和视频业务时隙需求之和slotReq_i,1+slotReq_i,3，大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和，即slotReq_i,1+slotReq_i,3＞slotDis_i+Q_i，且网络未分配业务时隙数量满足slotUndis≥slotReq_i,1+slotReq_i,3-(slotDis_i+Q_i)，则为节点i再分配Q_i＝slotReq_i,1+slotReq_i,3-(slotDis_i+Q_i)个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤七：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和时，即slotReq_i＞slotDis_i+Q_i，为节点i再分配min{slotReq_i-(slotDis_i+Q_i)，slotUndis}个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤八：中心节点通过管理时隙发布新的业务时隙分配结果。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的方法基于“两跳接入+终端直通”的组网方式，可以在确保时延敏感业务时效性的同时，降低资源开销，实现系统吞吐量的最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法的流程框图。

图2为两跳接入网的网络拓扑以及两跳接入和终端直通的网络拓扑示意图。

图3为本发明的时帧结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的设计思想：

有人/无人编队协同作战应用场景下的信息交互，存在如下特点：

第一，无人机发向有人机的汇聚性业务(侦察信息、跟踪信息等)，以及有人机发向无人机的分发性业务(控制信息、态势信息等)占比偏大；

第二，由于机体遮挡等原因，机载天线存在辐射盲区，致使部分无人机无法建立至有人机的一跳链路；

第三，邻近飞机之间交互的分布式业务对时延较为敏感，若经过有人机中转，引起的额外时延将影响飞行安全；

第四，由于分布式业务只发生在邻近节点之间，针对此业务特殊性，可采用“终端直通”方式。

综合考虑以上特点，本专利为有人/无人编队协同作战应用，提出一种“两跳接入+终端直通”的组网方式，并给出该组网方式下的寻址机制和时隙调度方法。如图1所示，本发明的一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，包括如下步骤：

步骤1，构建两跳接入和终端直通的网络拓扑；

步骤2，在两跳接入和终端直通的网络拓扑中，按照业务需求的不同，设置寻址机制；

步骤3，为两跳接入和终端直通的网络拓扑设计时帧结构；

步骤4，基于设计的时帧结构，进行两跳接入和终端直通的网络拓扑中节点入网及控制时隙分配；

步骤5，节点入网并分配及控制时隙后，按照通信业务进行时隙调度。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本实施例的一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，包括如下步骤：

步骤1，构建两跳接入和终端直通的网络拓扑；

如图2所示，左图为两跳接入网的网络拓扑示意图，右图为两跳接入和终端直通的网络拓扑示意图。由此可知，在两跳接入网的拓扑基础上，再为相邻节点开设直通链路，两跳接入网拓扑和相邻节点直通链路共同构成两跳接入和终端直通的网络拓扑；本实施例中，为了方便表述，将有人机称为中心节点，将距离有人机一跳通信范围的无人机称为一级接入节点，将距离有人机两跳通信范围的无人机称为二级接入节点；一级接入节点与二级接入节点统称接入节点。

通过构建两跳接入和终端直通的网络拓扑，当两接入节点相互位于一跳通信范围内时，构建直通链路，为时敏信息快速交互提供支持。

步骤2，在两跳接入和终端直通的网络拓扑中，按照业务需求的不同，设置寻址机制；

具体地，所述寻址机制如下：

第一，接入节点与中心节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第二，接入节点与非邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第三，接入节点与邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照直通链路进行寻址；

第四，对于中心节点的全网广播业务，一级接入节点收到后进行转发，二级接入节点收到经过一级接入节点转发的该业务，不再进行转发；

第五，对于接入节点的全网广播业务，首先参照第一条原则，将业务信息发至中心节点，再参照第四条原则，由中心节点对该业务进行全网广播。

步骤3，为两跳接入和终端直通的网络拓扑设计时帧结构；

如图3所示，所述时帧结构由管理时隙、控制时隙和业务时隙构成；

所述管理时隙由中心节点固定占用，用于响应接入节点入网申请、时隙申请，以及通告控制时隙、业务时隙分配情况；

所述控制时隙由中心节点集中分配，新接入节点申请入网时，为其固定分配一个控制时隙，称为已分配控制时隙，其它未分配的控制时隙称为未分配控制时隙；新接入节点在未分配的控制时隙上，以竞争的方式发送入网请求，中心节点在管理时隙进行响应；未分配控制时隙用于新节点进行入网申请，已分配控制时隙用于控制信息交互；

业务时隙由中心节点集中分配，入网接入节点通过已分配控制时隙向中心节点发送业务时隙申请，中心节点按照业务时隙调度算法进行时隙分配和回收。

进一步地，所述管理时隙的数量为1，控制时隙的数量M等于网络最大规模节点数，业务时隙的数量N等于M的3～5倍(一般默认取值4)，设时隙长度为T_slot，则时帧长度T_period＝(1+M+N)·T_slot。

步骤4，基于设计的时帧结构，进行节点入网及控制时隙分配；其中包括一级接入节点入网及控制时隙分配和二级接入节点入网及控制时隙分配。

(1)一级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.11，中心节点独占式使用管理时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.12，接入节点通过载波侦听、信号检测和信令帧解析，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请；

步骤4.13，中心节点收到接入节点的入网申请后，进行入网响应，赋予其一级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.14，一级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网。

(2)二级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.21，一级接入节点独占式使用控制时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.22，在若干个(一般取3个)时帧周期内未收到中心节点信令帧的接入节点，通过载波侦听、信号检测和解析一级接入节点信令帧，根据链路信号质量大小从一级接入节点集中选择中继节点，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请，并指示中继节点进行转发；

步骤4.23，一级接入节点在收到来自其它节点的入网申请后，按照要求将其转发至中心节点；

步骤4.24，中心节点收到一级接入节点转发的入网申请后，进行入网响应，赋予其二级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.25，一级接入节点在收到来自中心节点的入网响应后，按照要求将其转发至二级接入节点；

步骤4.26，二级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网。

步骤5，节点入网并分配控制时隙后，按照通信业务进行时隙调度。

通信系统主要承载三类业务传输，分别为：短报文(控制信息、飞行协同信息等)、图像(侦察信息)和视频(跟踪信息、态势信息)，不同业务的时效性、可靠性、业务量不同，则步骤5包括：

步骤5.1，计算各节点业务量：

定义load_i,j,k，指节点i第j类业务由于第k种原因产生的业务量，其中i为节点ID，取值1～M；j为业务类型，取值1～3，分别对应短报文、图像和视频业务；k为业务量产生原因，取值1～3，1指应用层提交数据帧的业务量，2指转发其它节点数据帧的业务量，3指重传数据帧的业务量。业务量按照数倍(一般默认取值100)时帧长度为周期进行统计，单位：字节/秒。

那么定义load_i,j，指节点i第j类业务的业务量，则有

load_i,j＝load_i,j,1+load_i,j,2+load_i,j,3，i∈[1,M],j∈[1,3]

也就是说，load_i,j,1指应用层提交数据帧的业务量，load_i,j,2指转发其它节点数据帧的业务量，load_i,j,3指重传数据帧的业务量；

步骤5.2，计算业务时隙需求：

设1个业务时隙可以承载的业务量为load_slot，则节点i第j类业务的时隙需求slotReq_i,j为：

其中

指向上取整；

节点i总的业务时隙需求slotReq_i为：

步骤5.3，业务时隙申请：

设节点i已分配业务时隙数量为slotDis_i，当遇到以下情形之一时，节点发送业务时隙请求帧：

情形一：本节点已分配至少1个业务时隙，若释放1个业务时隙，仍能满足所有业务传输需求，即slotDis_i≥slotReq_i+1。

情形二：本节点已分配业务时隙满足不了所有业务传输需求，即slotDis_i＜slotReq_i；

步骤5.4，业务时隙分配：中心节点根据网络拓扑内所有节点的业务时隙请求和当前业务时隙分配情况，进行业务时隙的重新分配。

在业务时隙分配时，充分考虑短报文、图像和视频业务的不同特点和传输需求，按照“业务区分优先级、节点接入权限公平、信道利用率最高”的思路，设计业务时隙分配遵循以下原则：

原则一：当有节点请求为短报文业务申请时隙但网络未分配业务时隙数量不够时，中心节点回收占用业务时隙最多的节点的时隙，并调度给为短报文业务申请时隙的节点；

原则二：中心节点按照“短报文——>视频——>图像”的顺序分三个轮次为全网节点分配业务时隙，每个轮次采用随机顺序为不同节点分配业务时隙；

原则三：(1)中心节点及时回收已分配业务时隙大于总业务时隙需求的节点的时隙；(2)当网络未分配业务时隙数量不足以保障为视频业务申请业务时隙的节点的时隙需求时，将其分配给为图像业务申请业务时隙的节点。

由此，设网络未分配业务时隙数量为slotUndis，已分配业务时隙数量为slotDis，在已分配业务时隙基础上中心节点为节点i再分配的业务时隙数量设为Q_i；则步骤5.4中，业务时隙分配按照以下步骤进行：

步骤一：以时帧为单位，中心节点在每时帧结束时，统计本时帧内发起时隙请求的节点及时隙需求；其中，发起时隙请求的节点构成集合A，设全网未发起时隙请求的节点集合为

构建集合B并初始化取值等于A；

步骤二：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于或等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i≥slotDis_i，则为节点i分配slotReq_i个业务时隙，同步更新Q_i＝slotReq_i-slotDis_i和slotUndis＝slotUndis-Q_i，再将节点i从集合B中剔除；

步骤三：遍历集合B，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i,1小于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i,1＜slotDis_i，则将节点i存于集合C；

步骤四：按照随机顺序为集合C中的节点i分配业务时隙，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i,1大于网络未分配业务时隙数量slotUndis，即slotReq_i,1＞slotUndis，则遍历集合

搜索总业务时隙数量最多的节点j，向节点j回收slotReq_i,1-slotDis_i-slotUndis个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；为节点i再分配Q_i＝slotReq_i,1-slotDis_i个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值，再将节点i从集合C中剔除；重复步骤四直至集合C为空，再进入下一步骤；

步骤五：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙Q_i之和，即slotReq_i＝slotDis_i+Q_i，则将节点i从集合B中剔除；

步骤六：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的短报文和视频业务时隙需求之和slotReq_i,1+slotReq_i,3，大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和，即slotReq_i,1+slotReq_i,3＞slotDis_i+Q_i，且网络未分配业务时隙数量满足slotUndis≥slotReq_i,1+slotReq_i,3-(slotDis_i+Q_i)，则为节点i再分配Q_i＝slotReq_i,1+slotReq_i,3-(slotDis_i+Q_i)个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤七：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和时，即slotReq_i＞slotDis_i+Q_i，为节点i再分配min{slotReq_i-(slotDis_i+Q_i)，slotUndis}个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤八：中心节点通过管理时隙发布新的业务时隙分配结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，构建两跳接入和终端直通的网络拓扑；

步骤2，在两跳接入和终端直通的网络拓扑中，按照业务需求的不同，设置寻址机制；

步骤3，为两跳接入和终端直通的网络拓扑设计时帧结构；

步骤4，基于设计的时帧结构，进行节点入网及控制时隙分配；

步骤5，节点入网并分配控制时隙后，按照通信业务进行时隙调度；

步骤1的方法为：在两跳接入网的拓扑基础上，再为相邻节点开设直通链路，两跳接入网拓扑和相邻节点直通链路共同构成两跳接入和终端直通的网络拓扑；其中，将有人机称为中心节点，将距离有人机一跳通信范围的无人机称为一级接入节点，将距离有人机两跳通信范围的无人机称为二级接入节点；一级接入节点与二级接入节点统称接入节点；

步骤2中，按照业务需求的不同，设置的所述寻址机制如下：

第一，接入节点与中心节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第二，接入节点与非邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照两跳接入网拓扑进行寻址；

第三，接入节点与邻居接入节点之间的点对点业务传输，均按照直通链路进行寻址；

第四，对于中心节点的全网广播业务，一级接入节点收到后进行转发，二级接入节点收到经过一级接入节点转发的该业务，不再进行转发；

第五，对于接入节点的全网广播业务，首先参照第一条原则，将业务信息发至中心节点，再参照第四条原则，由中心节点对该业务进行全网广播；

步骤3中，所述时帧结构由管理时隙、控制时隙和业务时隙构成；

所述管理时隙由中心节点固定占用，用于响应接入节点入网申请、时隙申请，以及通告控制时隙、业务时隙分配情况；

所述控制时隙由中心节点集中分配，新接入节点申请入网时，为其固定分配一个控制时隙，称为已分配控制时隙，其它未分配的控制时隙称为未分配控制时隙；新接入节点在未分配的控制时隙上，以竞争的方式发送入网请求，中心节点在管理时隙进行响应；未分配控制时隙用于新节点进行入网申请，已分配控制时隙用于控制信息交互；

业务时隙由中心节点集中分配，入网接入节点通过已分配控制时隙向中心节点发送业务时隙申请，中心节点按照业务时隙调度算法进行时隙分配和回收；

所述管理时隙的数量为1，控制时隙的数量M等于网络最大规模节点数，业务时隙的数量N等于M的3～5倍，设时隙长度为T_slot，则时帧长度T_period＝(1+M+N)·T_slot；

步骤4中，两跳接入和终端直通的网络拓扑中，一级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.11，中心节点独占式使用管理时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.12，接入节点通过载波侦听、信号检测和信令帧解析，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请；

步骤4.13，中心节点收到接入节点的入网申请后，进行入网响应，赋予其一级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.14，一级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网；

步骤4中，两跳接入和终端直通的网络拓扑中，二级接入节点入网及控制时隙分配包括以下子步骤：

步骤4.21，一级接入节点独占式使用控制时隙，按照时帧长度周期性发送信令帧，进行身份通告和未分配控制时隙通告；

步骤4.22，在若干个时帧周期内未收到中心节点信令帧的接入节点，通过载波侦听、信号检测和解析一级接入节点信令帧，根据链路信号质量大小从一级接入节点集中选择中继节点，以竞争方式在未分配控制时隙上发起入网申请，并指示中继节点进行转发；

步骤4.23，一级接入节点在收到来自其它节点的入网申请后，按照要求将其转发至中心节点；

步骤4.24，中心节点收到一级接入节点转发的入网申请后，进行入网响应，赋予其二级接入节点的身份，同时从未分配控制时隙集中按照先后顺序选择控制时隙并分配给入网节点；

步骤4.25，一级接入节点在收到来自中心节点的入网响应后，按照要求将其转发至二级接入节点；

步骤4.26，二级接入节点获得独占式控制时隙，实现入网；

步骤5包括：

步骤5.1，计算各节点业务量：

定义load_i，j，指节点i第j类业务的业务量，则有：

load_i，j＝load_i，j，1+load_i，j，2+load_i，j，3，i∈[1，M]，j∈[1，3]

其中i为节点ID，取值1～M；j为业务类型，取值1～3，分别对应短报文、图像和视频业务，load_i，j，1指应用层提交数据帧的业务量，load_i，j，2指转发其它节点数据帧的业务量，load_i，j，3指重传数据帧的业务量；

步骤5.2，计算业务时隙需求：

设1个业务时隙可以承载的业务量为load_slot，则节点i第j类业务的时隙需求slotReq_i，j为：

其中

指向上取整；

节点i总的业务时隙需求slotReq_i为：

步骤5.3，业务时隙申请：

设节点i已分配业务时隙数量为slotDis_i，当遇到以下情形之一时，节点发送业务时隙请求帧：

情形一：本节点已分配至少1个业务时隙，若释放1个业务时隙，仍能满足所有业务传输需求，即slotDis_i≥slotReq_i+1；

情形二：本节点已分配业务时隙满足不了所有业务传输需求，即slotDis_i＜slotReq_i；

步骤5.4，业务时隙分配：中心节点根据网络拓扑内所有节点的业务时隙请求和当前业务时隙分配情况，进行业务时隙的重新分配。

2.根据权利要求1所述的两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，其特征在于，步骤5.4中，业务时隙分配遵循以下原则：

原则一：当有节点请求为短报文业务申请时隙但网络未分配业务时隙数量不够时，中心节点回收占用业务时隙最多的节点的时隙，并调度给为短报文业务申请时隙的节点；

原则二：中心节点按照“短报文——>视频——>图像”的顺序分三个轮次为全网节点分配业务时隙，每个轮次采用随机顺序为不同节点分配业务时隙；

原则三：(1)中心节点及时回收已分配业务时隙大于总业务时隙需求的节点的时隙；(2)当网络未分配业务时隙数量不足以保障为视频业务申请业务时隙的节点的时隙需求时，将其分配给为图像业务申请业务时隙的节点。

3.根据权利要求2所述的两跳接入和终端直通的网络寻址机制与时隙调度方法，其特征在于，设网络未分配业务时隙数量为slotUndis，已分配业务时隙数量为slotDis，在已分配业务时隙基础上中心节点为节点i再分配的业务时隙数量设为Q_i；则步骤5.4中，业务时隙分配按照以下步骤进行：

步骤一：以时帧为单位，中心节点在每时帧结束时，统计本时帧内发起时隙请求的节点及时隙需求；其中，发起时隙请求的节点构成集合A，设全网未发起时隙请求的节点集合为

构建集合B并初始化取值等于A；

步骤二：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于或等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i≥slotDis_i，则为节点i分配slotReq_i个业务时隙，同步更新Q_i＝slotReq_i-slotDis_i和slotUndis＝slotUndis-Q_i，再将节点i从集合B中剔除；

步骤三：遍历集合B，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i，1小于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i，即slotReq_i，1＜slotDis_i，则将节点i存于集合C；

步骤四：按照随机顺序为集合C中的节点i分配业务时隙，若节点i的短报文业务时隙需求slotReq_i，1大于网络未分配业务时隙数量slotUndis，即slotReq_i，1＞slotUndis，则遍历集合

搜索总业务时隙数量最多的节点j，向节点j回收slotReq_i，1-slotDis_i-slotUndis个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；为节点i再分配Q_i＝slotReq_i，1-slotDis_i个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值，再将节点i从集合C中剔除；重复步骤四直至集合C为空，再进入下一步骤；

步骤五：遍历集合B，若节点i的总业务时隙需求slotReq_i等于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙Q_i之和，即slotReq_i＝slotDis_i+Q_i，则将节点i从集合B中剔除；

步骤六：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的短报文和视频业务时隙需求之和slotReq_i，1+slotReq_i，3，大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和，即slotReq_i，1+slotReq_i，3＞slotDis_i+Q_i，且网络未分配业务时隙数量满足slotUndis≥slotReq_i，1+slotReq_i，3-(slotDis_i+Q_i)，则为节点i再分配Q_i＝slotReq_i，1+slotReq_i，3-(slotDis_i+Q_i)个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤七：按照随机顺序遍历集合B，若网络未分配业务时隙数量slotUndis＝0，进入步骤八；若节点i的总业务时隙需求slotReq_i大于该节点已分配业务时隙数量slotDis_i与再分配业务时隙数量Q_i之和时，即slotReq_i＞slotDis_i+Q_i，为节点i再分配min{slotReq_i-(slotDis_i+Q_i)，slotUndis}个业务时隙，同步更新Q_i和slotUndis的值；

步骤八：中心节点通过管理时隙发布新的业务时隙分配结果。

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